火星上的强震与陨石坑

　　2021年12月24日，一颗陨石撞击火星表面形成的陨石坑。 （NASA/图）
　　火星是太空探索的热点，美国国家航空航天局（NASA）正在火星执行的任务就包括火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter）、好奇号火星车（Curiosity）以及洞察号火星探测器（InSight）等，它们在火星轨道和火星表面对这颗红色星球进行多种形式的探索。
　　2022年10月27日，一个研究团队根据从火星勘测轨道飞行器和洞察号获得的数据，在《科学》（Science）上在线发表了一篇论文，报告了他们对火星的最新研究进展，展示了一个人类有史以来＂见证＂形成过程的最大陨石坑。
　　探索火震
　　洞察号于2018年5月5日发射升空，2018年11月26日成功在火星的埃律西昂平原（Elysium Planitia）着陆。这台探测器的全称是＂基于地震调查、大地测量与热传导的内部探索＂，其主要科学目标是通过探测火星的地震波和测量火星内部的温度来了解火星的演化历史、研究火星的内部结构和活动。
　　当地震波在一颗行星内部的不同物质之间穿行时，地震波的速度和波形不同，这些变化帮助地震学家了解行星内部结构的大小、厚度和组成等关键信息。在地球上和月球上进行的地震学研究表明，基于震波的地震学观测是探测星体内部结构非常有效的方式。地核、月核等内部结构的发现都依赖于地震波探测。
　　洞察号携带了三件主要科学载荷，其中包括一台叫作＂探测内部结构的地震学实验＂（Seismic Experiment for Interior Structure，SEIS），这是一部研究火星地震的火震仪。洞察号正在利用这台仪器记录火星上发生的地震，探测火星的火核、火幔和火壳。自从在火星着陆以来，截至2022年10月27日，洞察号已经记录到1318次火星震。
　　天地协作
　　2021年12月24日，洞察号记录到一次震级为4级的火星震，这在火星上是一次罕见的强震。此后，结合火星勘测轨道飞行器获得的数据，研究人员发现这次火星震有着更为重要的意义。
　　火星勘测轨道飞行器于2005年8月12日发射升空，2006年3月10日顺利进入火星轨道，已经工作超过16年，主要科学目标是寻找火星上是否有水存在的证据，同时收集火星的大气与地理信息。
　　2022年2月11日，马林空间科学系统（Malin Space Science Systems）的研究人员利用火星勘测轨道飞行器获得的数据在火星北半球的亚马孙平原（Amazonis Planitia）上发现了一个新形成的陨石坑。这个团队建造并且管理着两台搭载在火星勘测轨道飞行器上的相机，其中的环境相机（Context Camera）提供了黑白的中分辨率图像，而火星彩色成像仪（Mars Color Imager）则能够提供火星的每日地图。
　　研究人员通过对前后拍摄的图像进行比对，确认这个陨石坑的形成时间为2021年12月24日，而陨石坑的位置与洞察号上的火震仪记录到的当天发生的4级火星震的震中吻合。他们在这篇发表于《科学》上的论文中指出，这一天发生的这次火星震正是由一颗陨石撞击火星表面引起的。
　　最大的坑
　　根据火星勘测轨道飞行器和洞察号的数据，研究人员还原了这次撞击的过程：2021年12月24日，一颗直径估计在5—12米之间的陨石撞向火星表面。这个大小的陨石会在地球的大气层中被烧毁，不会威胁人类的安全，但是因为火星大气密度只有地球大气密度的1%，因此这颗陨石几乎毫无阻碍地撞击火星。这次撞击在火星表面形成了一个直径大约为150米、深度为21米的陨石坑，撞击中被喷射出的物质最远溅落到37千米外的地方。
　　火星除了大气层稀薄无法提供保护外，还紧邻太阳系内的主小行星带，因此更易受到陨石撞击的影响。不过，由于火星表面的风等因素的干扰，洞察号记录到的火星震绝大多数来自火星内部的地质活动，目前只有极少数确认来自陨石撞击。在这篇论文中，研究人员还介绍了发生在2021年9月18日的另一次类似事件，那一次撞击形成的多个陨石坑中最大的一个直径大约为130米，撞击引发的火星震震级也达到了4级。2022年9月19日，研究人员在《自然地质科学》（Nature Geoscience）上发表了一篇论文，公布了首批发现的4次陨石撞击火星所引发的火星震。不过，这几次火星震的震级较小，都不超过2级。
　　根据目前掌握的数据，研究人员认为，2021年12月24日陨石撞击火星形成的这个直径达到150米的陨石坑是人类有史以来＂见证＂形成过程的最大陨石坑。火星和月球上还有更多更大的陨石坑，但人类并没有记录到它们的形成过程。洞察号撞击科学工作组（Impact Science Working Group）负责人、美国布朗大学的英格丽德·道巴（Ingrid Daubar）在NASA官网上表示：＂发现这样尺寸的新的撞击坑是史无前例的。＂
　　发现水冰
　　这次陨石撞击将撞击点附近地下的物质暴露出来，火星勘测轨道飞行器搭载的高分辨率成像科学实验（High-Resolution Imaging Science Experiment）彩色相机拍摄到撞击溅出的巨大冰块。地下冰对于到达火星的航天员是一种至关重要的资源，可以用来满足多种生活和科研需要，包括饮用、进行农业生产以及电解后作为火箭的推进剂等。这次撞击的位置为火星北纬34.8°，研究人员此前从未在比这里更靠近赤道的区域发现过埋藏于地下的水冰。因此，撞击点所在的这个靠近赤道又有地下水冰的平原地区，对未来载人登陆火星是一个很具吸引力的着陆地点。
　　在到达火星后的近4年的时间里，洞察号已经取得了丰硕的成果。2021年7月23日，3篇论文同时在《科学》上发表，公布了研究人员基于洞察号获取的数据所完成的最新研究成果。这些研究首次直接探测到了地球以外另一颗岩质行星的壳层、幔层和内核结构，呈现了关于火星内部结构和演化历史的丰富信息。
　　不过，洞察号在火星上工作的日子已经屈指可数。由于太阳能电池板上覆盖的火星尘埃越来越多，洞察号在近几个月内出现了严重的供能问题。根据美国国家航空航天局的估计，洞察号将在大约6周的时间内彻底失去能量来源，这意味着这项开拓性的火星探索任务将在2022年年底前画上句号。
　　南方周末特约撰稿 鞠强